WO2011035995A1 - Method and device for locating sound-emitting targets - Google Patents

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WO2011035995A1
WO2011035995A1 PCT/EP2010/062041 EP2010062041W WO2011035995A1 WO 2011035995 A1 WO2011035995 A1 WO 2011035995A1 EP 2010062041 W EP2010062041 W EP 2010062041W WO 2011035995 A1 WO2011035995 A1 WO 2011035995A1
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directional
predetermined
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central
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PCT/EP2010/062041
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Benno Freking
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Atlas Elektronik Gmbh
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/80—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • G01S3/802—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/803—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using amplitude comparison of signals derived from receiving transducers or transducer systems having differently-oriented directivity characteristics
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
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    • G01S3/80—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • G01S3/8006—Multi-channel systems specially adapted for direction-finding, i.e. having a single aerial system capable of giving simultaneous indications of the directions of different signals

Definitions

  • the invention relates to a method for aiming sound-emitting targets by means of a receiving antenna referred to in the preamble of claim 1 and a corresponding type of device mentioned in the preamble of claim 6.
  • the noises or reflected sound waves emitted by these targets or objects are detected by passive sound measurement methods and their direction is determined.
  • the sound waves are conventionally received with a sonar receiving system, which has a plurality of electro-acoustic or optoacoustic transducer for receiving sound waves and generating electrical reception signals.
  • a direction generator is connected downstream of the receiving antenna in which the received signals of the transducers are added in groups to form a group signal determining a directional characteristic.
  • the received signals are time-delayed by means of so-called time delay coefficients such that they are in relation to one another with respect to a main direction of the directional characteristic, and then added to form the group signal.
  • the time delay coefficients are predetermined by the position of the respective transducer with respect to the main direction of the directional characteristic.
  • a variety of directional characteristics can be formed by different time delay coefficients, which are all pivoted about a different size, in particular horizontal, angle against each other and against a reference plane, such as the normal plane of the antenna.
  • a receiving antenna for example, linear antennas or cylinder bases are used.
  • the transducers are arranged regularly along a straight line.
  • the received signals of the transducers arranged along the straight line are summed at the same time.
  • the main receiving direction of this directional characteristic points in the direction of the vertical of the antenna and is pivotable by electronic means.
  • the received signals are simultaneously delayed for the purpose of their phase summation, as if the incident sound wavefront simultaneously reaches the group of jointly operated transducers at their fictitious location on a line perpendicular to the main receiving direction of the directional characteristic, wherein the main receiving direction is pivotable by electronic means.
  • the time delay coefficients for each transducer are determined from the distance of the notional location of the transducer from the actual transducer location.
  • a directional diagram The graphical representation of a directional characteristic in a sectional plane is referred to as a directional diagram. It describes the sensitivity of the antenna, for example, by plotting the output voltage as a function of the sound incidence angle and is usually normalized to a maximum value.
  • the representation is either in a polar diagram or in Cartesian coordinates with either linear or logarithmic radial scaling.
  • a directional diagram contains at least one main lobe and possibly several side lobes or sidelobes. Each maximum is bounded on both sides by a zero.
  • the main lobe points in the main receiving direction of the antenna.
  • the side lobes are usually undesirable because they affect the unique directionality of the antenna and weaken the main lobe. In order to reduce the effects of this unwanted reception, additional measures for sidelobe suppression are often made in the receiver, for example by means of a suitable shading function.
  • EP 0715182 A1 discloses a method for aiming sound-emitting targets with a number of adjacent, overlapping directional characteristics.
  • an angular function is formed from the group signals of a direction finding system as a function of their main reception directions.
  • the group signals are samples and their main receiving directions are independent variables of the angular function.
  • the angle function has a characteristic ideal course, which is reflected in a reference function. is forming.
  • the angle function deviates from the ideal course.
  • the real angle function is compared with a reference function.
  • DE 69 410 196 T2 shows a method for carrying out beam compression of radar antenna diagrams.
  • the radar system used to carry out the method has two similar antennas.
  • the signals received by said antennas are combined into a sum signal and a difference signal.
  • Both the sum signal and the difference signal are differentiated twice with respect to the scanning angle.
  • an output signal is output. In all other cases, a zero signal is output.
  • High-resolution angle separation techniques avoid this disadvantage. With them, it is in principle possible to separate targets with small angle differences, which are below the resolution limit of the direction generator.
  • a known high-resolution method is, for example, the MUSIC (Multiple Signal Classification) method. This is a so-called subspace method that first estimates the number of targets. Ideally, eigenvalues that can be assigned to the signals can be clearly separated from the eigenvalues that belong to the noise. This is used to estimate the number of received signals.
  • the subspace method is adversely affected by several factors. So far, the MUSIC method only provides inaccurate readings.
  • the invention is therefore based on the problem of simultaneously enabling an accurate bearing of a plurality of closely adjacent, sound-emitting targets, in particular if the signal directions of the sound waves to be detected lie at one time within a main lobe of a directional characteristic.
  • the invention solves this problem by a method or a device having the features of claims 1 and 6, respectively.
  • the method according to the invention takes advantage of a special arrangement of directional characteristics.
  • a direction generator forms for this purpose at least three mutually offset directional characteristics.
  • the time delay coefficients required for generating the directional characteristics are selected such that a central directional characteristic is generated with a main lobe. The possibly existing side lobes are neglected in this procedure.
  • the main lobe of the central directivity is overlapped on both sides by the main lobes of adjacent directional characteristics. This overlapping takes place in such a way that these two main lobes touch or intersect at the level of the receiving angle at which the main lobe of the central directional characteristic has its maximum.
  • the invention has also recognized the advantage of not using the angularly broad maxima of the main lobes of the directional characteristics for a potential direction determination, but rather the sharp minima.
  • at least three directional amplitude functions are generated by means of the main lobes of the previously generated directional characteristics, by sampling a predetermined directional range about an assumed signal direction at predetermined, constant angular intervals.
  • This summation function a determination of potential signal directions of the incident sound waves is possible by differentiating the sum function twice according to the angle.
  • the second derivative of the sum function gives in principle the slope of the slope and contains local maxima. These local maxima correspond to possible, potential signal directions from which the actual signal directions are selected.
  • the respective proportions of the individual possible, potential signal direction can be specified at the measured central direction-dependent amplitude function. This results in the signal strengths of the potential signal direction from which the actual signal directions can be determined by discarding those signal directions whose signal strength or amplitude is very low.
  • the method according to the invention thus has the advantage of detecting a plurality of signal directions of a plurality of sound-emitting targets or objects lying within a main lobe of a directional characteristic, even if the sound waves arrive at the receiving antenna at the same time.
  • the directional amplitude functions are generated by pivoting the directional characteristics with the aforementioned arrangement over a predetermined directional range about an assumed signal direction and sampling this directional range in very small angular steps.
  • This sequential processing has the advantage of a realization with a relatively low hardware expenditure of, for example, one to three arithmetic units.
  • the direction-dependent amplitude functions are generated by means of simultaneous directional formation of the directional characteristics with a predetermined, constant angular distance over a predetermined directional range about an assumed signal direction.
  • the angular distance is chosen small according to the desired resolution, for example 0.1 degrees.
  • the statistical analysis method for example the multiple linear regression, delivers further values which advantageously indicate a measure of the accuracy of the method according to the invention.
  • the multiple linear regression has the advantage of determining a possibly existing DC component and / or a measure of the quality of the measurement results, wherein the quality is determined by means of the standard deviation and provides a measure of the match.
  • the method according to the invention is applied several times at short time intervals. This results in the advantage of a substantially continuous application, which allows a statistical evaluation with respect to the uniqueness of the measurement results.
  • the continuous application of the method has the advantage of a dynamic detection of possible changes in direction of the sound-emitting targets.
  • 1 is a block diagram of the method for aiming sound-emitting targets
  • 4 AB is a graphical representation of the summation function and its first and second derivative
  • 5 is a graphical representation of real measured values of an embodiment
  • Fig. 6 is a plot of calculated amplitudes for each potential signal direction.
  • Fig. 1 shows the schematic structure of an embodiment for aiming sound emitting targets or objects in the form of a block diagram.
  • the invention is not limited to such linear antennas.
  • other receive antennas such as cylindrical bases, are used.
  • a sound wavefront radiated from a target or object reaches the transducers 12 of the receiving antenna 10 and generates at the output thereof a corresponding received signal 14.
  • the received signals 14 are transferred to the direction generator 16, here processed in a known manner time-delayed and concave group signals in each case a directional characteristic become. All directional characteristics have a main lobe in the main receiving direction and potential side lobes - also called sidelobes - on. Since these side lobes are undesirable and are reduced by an amplitude graduation of the time-delayed received signals, the so-called shading, these are not considered further in the further course of the description.
  • the received signals 14 of the transducers 12 are delayed as a function of a receiving angle &.
  • the reference direction 18 is usually the horizontal direction at right angles to the antenna - also referred to as Querabraum - selected.
  • the direction generator 16 for an assumed signal direction 20 of the received acoustic wavefront generates three offset, overlapping directional characteristics in a specific, preferred arrangement. This special arrangement will be explained in more detail with reference to the illustration in FIG. 2.
  • Fig. 2 shows a horizontal Cartesian directional diagram of three specially arranged directional characteristics.
  • the reception angle & is plotted in degrees on a horizontal axis 22 and the normalized antenna output voltage U / Uo in volts on a vertical axis 24. Shown are the three main lobes 26, 28 of the respective directional characteristics. The associated side lobes are, as mentioned above, neglected.
  • the directional characteristics are formed by means of the direction generator 16 using appropriate time delay coefficients such that a main lobe 28 of central directivity is formed which is overlapped from both sides by main lobes 26 of adjacent directivity characteristics. It is essential that in this imaginary representation of the directional diagram, the main lobes 26 touch or intersect at the level of the receiving angle 3 Z , in which the main lobe 28 of the central directional characteristic has its maximum 30.
  • directional characteristics arranged in this way are used according to FIG. 1 to form direction-dependent amplitude functions.
  • the directional characteristics are transferred from the direction generator 16 to a measuring device 34.
  • FIGS. 3A and 3B are derived from the directional diagram of FIG.
  • the reception angle & in degrees are plotted in the same way on a horizontal axis 22. gene and on a vertical axis 24, the normalized antenna output voltage U / U 0 in volts. Shown are also the main lobes 26, 28 of the previously determined directional characteristics.
  • FIGS. 3A and 3B illustrate the scanning of the direction about an assumed signal direction 20.
  • the direction range 36 or angle range to be interested lies on both sides of the assumed signal direction 20 and preferably comprises an extension corresponding to a double main lobe width.
  • This predetermined directional range 36 is scanned sequentially by means of the main lobes 26, 28 of the directional characteristics in small angular steps.
  • the result of this sampling are three measured, directional amplitude functions FA, FB, FC, which are shown in Fig. 3C.
  • the reception angle & in degrees is plotted on the horizontal axis 38.
  • the vertical axis 40 indicates the measured amplitude in volts.
  • the invention is not limited to such a sequential formation of the directional amplitude functions FA, FB, FC.
  • Alternative methods for forming the direction-dependent amplitude functions FA, FB, FC are conceivable.
  • the three direction-dependent amplitude functions FA, FB, FC are arranged such that the maximum of the central amplitude function FB and the assumed signal direction 20 are at the same angle. According to FIG. 1, they are transferred to a calculation unit 42 for determining a sum function FS by adding the two direction-dependent amplitude functions FA and FC. This sum function FS is in turn passed to a differential element 44 for determining the second derivative. This differentiation is explained in more detail with reference to the illustrations in Fig. 4 A-B and Fig. 5. 4 A shows a graphical representation of the sum function FS and FIG. 4 B shows both its first derivative 48 and its second derivative 50.
  • the horizontal axes 38 are respectively plotted with the reception angles & in degrees and the vertical axes 40 with the amplitudes in Volt.
  • the sum function FS is a function of the amplitude over the reception angle &
  • its derivatives 48, 50 are derivatives of the angle 212.
  • the second derivative 50 of the summation function FS describes the change in that quantity which is determined by the first derivative 48.
  • the second derivative 50 provides information about the curvature behavior of the sum function FS.
  • the reception angle & is plotted in degrees with the assumed signal direction 20 at 0 degrees.
  • the amplitude is plotted in volts.
  • the sum function FS can also be recognized as a dashed line.
  • the second derivative 50 of the summation function FS is shown as a solid line in the directional diagram. There are fifteen local maxima 56 of the second derivative 50 recognizable. The angle values & the local maxima 56 correspond to the possible, potential signal directions of the received sound waves.
  • the central amplitude function FB is first checked whether there is a significant signal amplitude of the incident sound waves in these potential, potential signal directions. If the signals of the possible, potential signal directions have a sufficient signal amplitude, these are stored, for example, as i potential signal directions z, and transferred to another calculation unit 58 according to FIG.
  • This further calculation unit 58 from FIG. 1 determines an amplitude function Z, for each potential signal direction z.
  • the central directional characteristic of the direction generator 16 is used.
  • the amplitude function Z is calculated via the central directional characteristic direction region 36 on the assumption that an acoustic wave front would come from this direction.
  • these amplitude functions Z are normalized to a maximum value, for example 1.
  • the thus determined amplitude functions Zi, Z 2 , Z are passed to an analysis unit 60 in order to determine the actual signal directions therefrom. Furthermore, this analysis unit 60 receives the central direction-dependent amplitude function FB of the measuring device 34.
  • the multiple linear regression allows the detection of an influence of several explanatory quantities on a target size.
  • the dependencies between the potential signal directions z, and the central direction-dependent amplitude function FB are determined.
  • Fig. 6 shows the result of the multiple linear regression.
  • the calculated amplitude Z which represents the respective component of this individual direction z, is depicted on the measured direction-dependent amplitude function FB represents.
  • the receiving angle 3 is plotted in degrees on the horizontal axis 62 and the amplitude in volts on the vertical axis 64.
  • the exemplified amplitudes 7. ⁇ , Z 2 , Z 15 of the potential signal directions zi, z 2 , z 15 correspond to the previously determined local maxima 56 from FIG. 5.
  • the potential signal directions z 6 , z 7 , z 8 , z 9 and z correspond to the actual signal directions.
  • the results of the multiple linear regression are thus both the actual signal directions and the associated signal strengths of the sound-emitting targets or objects. They may be so close to each other that their radiated noise or sound waves are directionally within the main lobe of a directional characteristic and are received simultaneously. However, if the signals of the sound-emitting targets come from a directional continuum, an application of the method is not possible.
  • FIG. 6 also shows a DC component 66 or an offset, which likewise results from the multiple linear regression.
  • This possibly existing DC component is produced, for example, by noise components in the signals.
  • the multiple linear regression provides a standard deviation as a measure of the goodness of the match.
  • the method according to the invention is applied at short intervals. This results in a substantially continuous application, which provides a statistical evaluation regarding the uniqueness of the measurement results. Furthermore, by the substantially continuous application of the method, a dynamic detection of changes in direction of the sound-emitting targets is possible.

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Abstract

The invention relates to a method for locating sound-emitting targets by means of a receiving antenna 10, the receiving signals 14 of which are fed to a direction generator 16 for generating at least three directional characteristics, said characteristics being offset from one another. In an intended embodiment, both sides of a main lobe 28 are overlapped by the main lobes 26 of adjacent directional characteristics in a radiation pattern such that both said main lobes 26 come into contact with or cross each other at the level of the reception angle ϑ at which the main lobe 28 of the central directional characteristic has its maximum 30. Amplitude functions FA, FB, FC that are directionally dependent are produced on the basis of said main lobes 26, 28. The subsequent calculated summation function FS of the amplitude functions FA, FC is differentiated twice in order to determine the second derivative 50 thereof. The local maxima 56 resulting from the second derivative function 50 indicate possible, potential signal directions. A statistical analysis method ascertains actual signal directions with the corresponding signal strengths from said possible, potential signal directions zi. The invention further relates to a device for performing such a method.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Peilen von schallabstrahlenden  Method and device for sighting sound-emitting
Zielen  aim
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Peilen von schallabstrahlenden Zielen mittels einer Empfangsantenne der im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Art sowie eine entsprechende Vorrichtung der im Oberbegriff von Anspruch 6 genannten Art. The invention relates to a method for aiming sound-emitting targets by means of a receiving antenna referred to in the preamble of claim 1 and a corresponding type of device mentioned in the preamble of claim 6.
Bei der Peilung von schallabstrahlenden Zielen werden die von diesen Zielen oder Objekten abgestrahlten Geräusche oder reflektierten Schallwellen durch passive Schallmessverfahren detektiert und ihre Richtung bestimmt. Dazu werden herkömmlicherweise die Schallwellen mit einer Sonar-Empfangsanlage empfangen, welche eine Vielzahl elektro- akustischer oder optoakustischer Wandler zum Empfangen von Schallwellen und Erzeugen von elektrischen Empfangssignalen aufweist. When aiming sound-emitting targets, the noises or reflected sound waves emitted by these targets or objects are detected by passive sound measurement methods and their direction is determined. For this purpose, the sound waves are conventionally received with a sonar receiving system, which has a plurality of electro-acoustic or optoacoustic transducer for receiving sound waves and generating electrical reception signals.
Um die Richtung der empfangenen Schallwellen zu bestimmen ist der Empfangsantenne ein Richtungsbildner nachgeschaltet, in dem die Empfangssignale der Wandler zur Bildung eines eine Richtcharakteristik bestimmenden Gruppensignals gruppenweise aufaddiert werden. Zur Erzielung eines solchen Gruppensignals werden die Empfangssignale mittels sog. Zeitverzögerungskoeffizienten derart zeitverzögert, dass sie bezogen auf eine Hauptrichtung der Richtcharakteristik konphas zueinander sind, und anschließend zur Bildung des Gruppensignals aufaddiert. Dabei werden die Zeitverzögerungskoeffizienten vorbestimmt durch die Lage des jeweiligen Wandlers bezüglich der Hauptrichtung der Richtcharakteristik. Somit können durch unterschiedliche Zeitverzögerungskoeffizienten eine Vielzahl von Richtcharakteristiken gebildet werden, die alle um einen unterschiedlich großen, insbesondere horizontalen, Winkel gegeneinander und gegen eine Bezugsebene, wie bspw. die Normalenebene der Antenne geschwenkt sind. In order to determine the direction of the received sound waves, a direction generator is connected downstream of the receiving antenna in which the received signals of the transducers are added in groups to form a group signal determining a directional characteristic. To achieve such a group signal, the received signals are time-delayed by means of so-called time delay coefficients such that they are in relation to one another with respect to a main direction of the directional characteristic, and then added to form the group signal. In this case, the time delay coefficients are predetermined by the position of the respective transducer with respect to the main direction of the directional characteristic. Thus, a variety of directional characteristics can be formed by different time delay coefficients, which are all pivoted about a different size, in particular horizontal, angle against each other and against a reference plane, such as the normal plane of the antenna.
Als Empfangsantenne werden z.B. Linearantennen oder Zylinderbasen verwendet. Bei Linearantennen sind die Wandler längs einer Geraden regelmäßig angeordnet. Zum Bil- den des Gruppensignals einer Richtcharakteristik werden die Empfangssignale der längs der Geraden angeordneten Wandler zeitgleich aufsummiert. Die Hauptempfangsrichtung dieser Richtcharakteristik weist in Richtung der Senkrechten der Antenne und ist durch elektronische Maßnahmen schwenkbar. Bei nicht linearen Antennen, wie beispielsweise Zylinderbasen, werden die Empfangssignale zum Zwecke ihrer konphasen Aufsummie- rung zeitgleich derart verzögert, als ob die einfallende Schallwellenfront die Gruppe der gemeinsam betriebenen Wandler an deren fiktiven Ort auf einer zur Hauptempfangsrichtung der Richtcharakteristik rechtwinklig ausgerichteten Linie gleichzeitig erreicht, wobei die Hauptempfangsrichtung durch elektronische Maßnahmen schwenkbar ist. Die Zeitverzögerungskoeffizienten werden für jeden Wandler aus dem Abstand des fiktiven Ortes des Wandlers vom tatsächlichen Wandlerort bestimmt. As a receiving antenna, for example, linear antennas or cylinder bases are used. In linear antennas, the transducers are arranged regularly along a straight line. For that of the group signal of a directional characteristic, the received signals of the transducers arranged along the straight line are summed at the same time. The main receiving direction of this directional characteristic points in the direction of the vertical of the antenna and is pivotable by electronic means. In the case of nonlinear antennas, such as cylindrical bases, the received signals are simultaneously delayed for the purpose of their phase summation, as if the incident sound wavefront simultaneously reaches the group of jointly operated transducers at their fictitious location on a line perpendicular to the main receiving direction of the directional characteristic, wherein the main receiving direction is pivotable by electronic means. The time delay coefficients for each transducer are determined from the distance of the notional location of the transducer from the actual transducer location.
Die graphische Darstellung einer Richtcharakteristik in einer Schnittebene wird als Richtdiagramm bezeichnet. Es beschreibt die Empfindlichkeit der Antenne beispielsweise durch Auftragen der Ausgangsspannung in Abhängigkeit von dem Schalleinfallswinkel und ist üblicherweise auf einen Maximalwert normiert. Die Darstellung erfolgt entweder in einem Polardiagramm oder in kartesischen Koordinaten mit entweder linearer oder logarithmischer radialer Skalierung. Ein Richtdiagramm enthält mindestens eine Hauptkeule und evtl. mehrere Nebenkeulen oder auch Nebenzipfel genannt. Jedes Maximum wird beiderseits durch eine Nullstelle begrenzt. Die Hauptkeule zeigt dabei in die Hauptempfangsrichtung der Antenne. Die Nebenkeulen sind üblicherweise jedoch unerwünscht, da sie den eindeutigen Richteffekt der Antenne beeinträchtigen und die Hauptkeule schwächen. Um die Auswirkungen dieses ungewollten Empfangs zu verringern, werden oftmals im Empfänger zusätzliche Maßnahmen zur Nebenkeulenunterdrückung getroffen, beispielsweise mittels einer geeigneten Shading-Funktion. The graphical representation of a directional characteristic in a sectional plane is referred to as a directional diagram. It describes the sensitivity of the antenna, for example, by plotting the output voltage as a function of the sound incidence angle and is usually normalized to a maximum value. The representation is either in a polar diagram or in Cartesian coordinates with either linear or logarithmic radial scaling. A directional diagram contains at least one main lobe and possibly several side lobes or sidelobes. Each maximum is bounded on both sides by a zero. The main lobe points in the main receiving direction of the antenna. However, the side lobes are usually undesirable because they affect the unique directionality of the antenna and weaken the main lobe. In order to reduce the effects of this unwanted reception, additional measures for sidelobe suppression are often made in the receiver, for example by means of a suitable shading function.
Aus EP 0715182 A1 ist ein Verfahren zum Peilen schallabstrahlender Ziele mit einer Anzahl benachbarter, sich überlappender Richtcharakteristiken bekannt. Zum Bestimmen der Richtung der empfangenen Schallwellen wird eine Winkelfunktion aus den Gruppensignalen einer Peilanlage in Abhängigkeit von ihren Hauptempfangsrichtungen gebildet. Dabei sind die Gruppensignale Abtastwerte und ihre Hauptempfangsrichtungen unabhängige Variable der Winkelfunktion. Im ungestörten Empfangsfall weist die Winkelfunktion einen charakteristischen idealen Verlauf auf, der in einer Referenzfunktion nachge- bildet ist. Im realen Empfangsfall weicht die Winkelfunktion von dem idealen Verlauf ab. Um die Zieltrennung zweier dicht benachbarter Ziele zu ermöglichen, wird die reale Winkelfunktion mit einer Referenzfunktion verglichen. EP 0715182 A1 discloses a method for aiming sound-emitting targets with a number of adjacent, overlapping directional characteristics. In order to determine the direction of the received sound waves, an angular function is formed from the group signals of a direction finding system as a function of their main reception directions. The group signals are samples and their main receiving directions are independent variables of the angular function. In the undisturbed reception case, the angle function has a characteristic ideal course, which is reflected in a reference function. is forming. In the real reception case, the angle function deviates from the ideal course. In order to enable the target separation of two closely adjacent targets, the real angle function is compared with a reference function.
Nachteilig dabei ist, dass mittels dieses Verfahrens lediglich der gemeinsame, akustische Schwerpunkt zweier Ziele bestimmt werden kann. Es wird eine Annahme getroffen, dass beide Ziele einen gleichen Winkelabstand von der Richtung ihres akustischen Schwerpunktes aufweisen. Eine exakte Peilung zweier oder mehrerer benachbarter Ziele ist mit einem derartigen Verfahren nicht möglich. The disadvantage here is that by means of this method, only the common, acoustic focus of two goals can be determined. An assumption is made that both targets are equidistant from the direction of their acoustic center of gravity. An exact bearing of two or more adjacent targets is not possible with such a method.
DE 69 410 196 T2 zeigt ein Verfahren zum Durchführen einer Strahlungskeulenkompression von Radarantennendiagrammen. Um ein Reduzieren der Keulenbreite zu erzielen, weist das zur Durchführung des Verfahrens verwendete Radarsystem zwei ähnliche Antennen auf. Die Signale, die mit den genannten Antennen empfangen werden, werden zu einem Summensignal und einem Differenzsignal zusammengefasst. Sowohl das Summensignal als auch das Differenzsignal werden in Bezug auf den Abtastwinkel zweimal differenziert. Für den Fall, dass der doppelte Differentialquotient des Summensignals gleich oder kleiner als ein positiver vordefinierter echter Zahlenwert ist und dass der doppelte Differentialquotient des Differenzsignals gleich oder größer als ein negativer vordefinierter echter Zahlenwert ist, wird ein Ausgangssignal ausgegeben. In allen anderen Fällen wird ein Null-Signal ausgegeben. DE 69 410 196 T2 shows a method for carrying out beam compression of radar antenna diagrams. In order to reduce the beam width, the radar system used to carry out the method has two similar antennas. The signals received by said antennas are combined into a sum signal and a difference signal. Both the sum signal and the difference signal are differentiated twice with respect to the scanning angle. In the event that the double differential quotient of the sum signal is equal to or smaller than a positive predefined true numerical value and that the double differential quotient of the difference signal is equal to or greater than a negative predefined true numerical value, an output signal is output. In all other cases, a zero signal is output.
Hochauflösende Verfahren zur Winkeltrennung umgehen diesen Nachteil. Mit ihnen ist es prinzipiell möglich, Ziele mit geringen Winkelunterschieden, die unterhalb der Auflösungsgrenze des Richtungsbildners liegen, zu trennen. Ein bekanntes hochauflösendes Verfahren ist beispielsweise das MUSIC (Multiple Signal Classification)-Verfahren. Dies ist eine sog. Unterraummethode, bei der zuerst eine Schätzung über die Anzahl der Ziele erfolgt. Im Idealfall lassen sich Eigenwerte, die den Signalen zugeordnet werden können, eindeutig von den Eigenwerten trennen, die zum Rauschen gehören. Dies wird zur Schätzung der Anzahl empfangener Signale genutzt. Jedoch wird die Unterraummethode durch verschiede Faktoren negativ beeinflusst. Das MUSIC-Verfahren liefert bislang lediglich ungenaue Messwerte. Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine genaue Peilung von mehreren, dicht benachbarten, schallabstrahlenden Zielen gleichzeitig zu ermöglichen, insbesondere, wenn die Signalrichtungen der zu detektierenden Schallwellen zu einem Zeitpunkt innerhalb einer Hauptkeule einer Richtcharakteristik liegen. High-resolution angle separation techniques avoid this disadvantage. With them, it is in principle possible to separate targets with small angle differences, which are below the resolution limit of the direction generator. A known high-resolution method is, for example, the MUSIC (Multiple Signal Classification) method. This is a so-called subspace method that first estimates the number of targets. Ideally, eigenvalues that can be assigned to the signals can be clearly separated from the eigenvalues that belong to the noise. This is used to estimate the number of received signals. However, the subspace method is adversely affected by several factors. So far, the MUSIC method only provides inaccurate readings. The invention is therefore based on the problem of simultaneously enabling an accurate bearing of a plurality of closely adjacent, sound-emitting targets, in particular if the signal directions of the sound waves to be detected lie at one time within a main lobe of a directional characteristic.
Die Erfindung löst dieses Problem durch ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 6. The invention solves this problem by a method or a device having the features of claims 1 and 6, respectively.
Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt den Vorteil einer speziellen Anordnung von Richtcharakteristiken. Ein Richtungsbildner bildet hierzu wenigstens drei gegeneinander versetzte Richtcharakteristiken. Die zur Erzeugung der Richtcharakteristiken benötigten Zeitverzögerungskoeffizienten werden dabei derart gewählt, dass eine zentrale Richtcharakteristik mit einer Hauptkeule erzeugt wird. Die eventuell vorhandenen Nebenkeulen werden in diesem Verfahren vernachlässigt. The method according to the invention takes advantage of a special arrangement of directional characteristics. A direction generator forms for this purpose at least three mutually offset directional characteristics. The time delay coefficients required for generating the directional characteristics are selected such that a central directional characteristic is generated with a main lobe. The possibly existing side lobes are neglected in this procedure.
Bei einer gedachten Darstellung der Richtcharakteristiken in einem horizontalen, kartesi- schen Richtdiagramm, in dem die Antennenausgangsspannung über den Empfangswinkel der Schallwellen aufgetragen ist, wird die Hauptkeule der zentralen Richtcharakteristik von beiden Seiten durch die Hauptkeulen benachbarter Richtcharakteristiken überlappt. Diese Überlappung erfolgt dahingehend, dass sich diese beiden Hauptkeulen auf Höhe desjenigen Empfangswinkels berühren oder schneiden, an dem die Hauptkeule der zentralen Richtcharakteristik ihr Maximum aufweist. Mit dieser vorteilhaften Anordnung der Richtcharakteristiken wird ein zu untersuchender Richtungsbereich mit sehr kleinen Winkelschritten abgetastet. In an imaginary representation of the directional characteristics in a horizontal Cartesian directional diagram in which the antenna output voltage is plotted against the receiving angle of the sound waves, the main lobe of the central directivity is overlapped on both sides by the main lobes of adjacent directional characteristics. This overlapping takes place in such a way that these two main lobes touch or intersect at the level of the receiving angle at which the main lobe of the central directional characteristic has its maximum. With this advantageous arrangement of the directional characteristics, a directional range to be examined is scanned with very small angular steps.
Die Erfindung hat ferner den Vorteil erkannt, für eine potentielle Richtungsbestimmung nicht die winkelmäßig breiten Maxima der Hauptkeulen der Richtcharakteristiken heranzuziehen, sondern die scharfen Minima. Um diesen Vorteil auszunutzen werden wenigstens drei richtungsabhängige Amplitudenfunktionen mittels der Hauptkeulen der zuvor erzeugten Richtcharakteristiken erzeugt, und zwar durch Abtastung eines vorbestimmten Richtungsbereiches um eine angenommene Signalrichtung in vorbestimmten, gleich bleibenden Winkelabständen. Durch Addition der beiden richtungsabhängigen Amplitudenfunktionen, welche sich aus den beiden, die zentrale Richtcharakteristik von beiden Sei- ten benachbarten, Richtcharakteristiken ergeben, entsteht eine sog. Summenfunktion. Mittels dieser Summenfunktion ist eine Bestimmung von potentiellen Signalrichtungen der einfallenden Schallwellen durch zweimaliges Differenzieren der Summenfunktion nach dem Winkel möglich. Die zweite Ableitung der Summenfunktion gibt im Prinzip die Steigung der Steigung an und enthält lokale Maxima. Diese lokalen Maxima entsprechen eventuellen, potentiellen Signalrichtungen, aus denen die tatsächlichen Signalrichtungen selektiert werden. The invention has also recognized the advantage of not using the angularly broad maxima of the main lobes of the directional characteristics for a potential direction determination, but rather the sharp minima. To take advantage of this advantage, at least three directional amplitude functions are generated by means of the main lobes of the previously generated directional characteristics, by sampling a predetermined directional range about an assumed signal direction at predetermined, constant angular intervals. By adding the two direction-dependent amplitude functions, which result from the two, the central directional characteristic of both sides. th adjacent, give directional characteristics, creates a so-called sum function. By means of this summation function, a determination of potential signal directions of the incident sound waves is possible by differentiating the sum function twice according to the angle. The second derivative of the sum function gives in principle the slope of the slope and contains local maxima. These local maxima correspond to possible, potential signal directions from which the actual signal directions are selected.
Durch den vorteilhaften Einsatz eines statistischen Analyseverfahrens wie beispielsweise die multiple lineare Regression lassen sich die jeweiligen Anteile der einzelnen eventuellen, potentiellen Signalrichtung an der gemessenen zentralen richtungsabhängigen Amplitudenfunktion angeben. Dadurch ergeben sich die Signalstärken der potentiellen Signalrichtung aus denen die tatsächlichen Signalrichtungen bestimmt werden können, indem diejenigen Signalrichtungen verworfen werden, deren Signalstärke bzw. Amplitude sehr gering ist. Through the advantageous use of a statistical analysis method, such as multiple linear regression, the respective proportions of the individual possible, potential signal direction can be specified at the measured central direction-dependent amplitude function. This results in the signal strengths of the potential signal direction from which the actual signal directions can be determined by discarding those signal directions whose signal strength or amplitude is very low.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat somit den Vorteil, mehrere, innerhalb einer Hauptkeule einer Richtcharakteristik liegende Signalrichtungen mehrerer schallabstrahlender Ziele oder Objekte zu detektieren, auch dann, wenn die Schallwellen zeitgleich an der Empfangsantenne eintreffen. The method according to the invention thus has the advantage of detecting a plurality of signal directions of a plurality of sound-emitting targets or objects lying within a main lobe of a directional characteristic, even if the sound waves arrive at the receiving antenna at the same time.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die richtungsabhängigen Amplitudenfunktionen erzeugt mittels Schwenken der Richtcharakteristiken mit der zuvor erwähnten Anordnung über einen vorbestimmen Richtungsbereich um eine angenommene Signalrichtung und Abtastung dieses Richtungsbereiches in sehr kleinen Winkelschritten. Diese sequentielle Verarbeitung besitzt den Vorteil einer Realisierung mit einem relativ geringen Hardwareaufwand von bspw. ein bis drei Recheneinheiten. In a preferred embodiment of the invention, the directional amplitude functions are generated by pivoting the directional characteristics with the aforementioned arrangement over a predetermined directional range about an assumed signal direction and sampling this directional range in very small angular steps. This sequential processing has the advantage of a realization with a relatively low hardware expenditure of, for example, one to three arithmetic units.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die richtungsabhängigen Amplitudenfunktionen erzeugt mittels gleichzeitiger Richtungsbildung der Richtcharakteristiken mit vorbestimmtem, gleich bleibendem Winkelabstand über einen vorbestimmten Richtungsbereich um eine angenommene Signalrichtung. Der Winkelabstand wird gemäß der gewünschten Auflösung klein gewählt, beispielsweise 0,1 Grad. Diese parallele Ver- arbeitung weist eine vorteilhafte geringe Taktfrequenz der Recheneinheiten auf. Ferner besteht der Vorteil dieser parallelen Verarbeitung bei einer vergleichsweise hohen Taktfrequenz der Recheneinheit darin, dass eine hohe Aktualisierungsrate der Peilung möglich ist. Dies ist besonders bei der Peilung von schnell anlaufenden Zielen vorteilhaft. According to a further embodiment of the invention, the direction-dependent amplitude functions are generated by means of simultaneous directional formation of the directional characteristics with a predetermined, constant angular distance over a predetermined directional range about an assumed signal direction. The angular distance is chosen small according to the desired resolution, for example 0.1 degrees. This parallel The processing has an advantageous low clock frequency of the arithmetic units. Furthermore, the advantage of this parallel processing at a comparatively high clock frequency of the arithmetic unit is that a high update rate of the bearing is possible. This is particularly advantageous when finding fast-moving targets.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liefert das statistische Analyseverfahren, bspw. die multiple lineare Regression, weitere Werte, welche vorteilhaft ein Maß für die Genauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens angeben. Die multiple lineare Regression weist den Vorteil auf, einen evtl. vorhandenen Gleichanteil und/oder ein Maß für die Güte der Messergebnisse zu bestimmen, wobei die Güte mittels der Standardabweichung bestimmt wird und ein Maß für die Übereinstimmung liefert. In a further preferred embodiment of the invention, the statistical analysis method, for example the multiple linear regression, delivers further values which advantageously indicate a measure of the accuracy of the method according to the invention. The multiple linear regression has the advantage of determining a possibly existing DC component and / or a measure of the quality of the measurement results, wherein the quality is determined by means of the standard deviation and provides a measure of the match.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das erfindungsgemäße Verfahren mehrmalig in kurzen Zeitabständen angewandt. Dadurch entsteht der Vorteil einer im Wesentlichen kontinuierlichen Anwendung, welche eine statistische Auswertung bezüglich der Eindeutigkeit der Messergebnisse ermöglicht. Darüber hinaus besitzt die kontinuierliche Anwendung des Verfahrens den Vorteil einer dynamischen Erkennung von evtl. Richtungsänderungen der schallabstrahlenden Ziele. In a further preferred embodiment of the invention, the method according to the invention is applied several times at short time intervals. This results in the advantage of a substantially continuous application, which allows a statistical evaluation with respect to the uniqueness of the measurement results. In addition, the continuous application of the method has the advantage of a dynamic detection of possible changes in direction of the sound-emitting targets.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus den anhand der anliegenden Zeichnung näher erläuterten Ausführungsbeispielen. In der Zeichnung zeigen: Further advantageous embodiments will become apparent from the dependent claims and from the closer explained with reference to the accompanying drawings embodiments. In the drawing show:
Fig. 1 ein Blockschaltbild des Verfahrens zum Peilen von schallabstrahlenden Zielen, 1 is a block diagram of the method for aiming sound-emitting targets,
Fig. 2 ein horizontales, kartesisches Richtdiagramm, 2 is a horizontal, Cartesian radiation pattern,
Fig. 3 A-C eine graphische Darstellung zur Bildung der richtungsabhängigen Amplitudenfunktion über einen vorbestimmten Richtungsbereich, 3 A-C is a graphical representation for forming the directional amplitude function over a predetermined direction range,
Fig. 4 A-B eine graphische Darstellung der Summenfunktion sowie deren erste und zweite Ableitung, Fig. 5 eine graphische Darstellung von realen Messwerten eines Ausführungsbeispiels und 4 AB is a graphical representation of the summation function and its first and second derivative, 5 is a graphical representation of real measured values of an embodiment and
Fig. 6 eine graphische Darstellung berechneter Amplituden für jede potentielle Signalrichtung. Fig. 6 is a plot of calculated amplitudes for each potential signal direction.
Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau eines Ausführungsbeispiels zum Peilen von schallabstrahlenden Zielen oder Objekten in Form eines Blockschaltbildes. Fig. 1 shows the schematic structure of an embodiment for aiming sound emitting targets or objects in the form of a block diagram.
Dargestellt ist eine Linearantenne als Empfangsantenne 10 mit einer Vielzahl von elekt- roakustischen oder optoakustischen Wandlern 12, die vorzugweise im gleichen Abstand voneinander entlang einer Geraden angeordnet sind. Shown is a linear antenna as a receiving antenna 10 with a plurality of elekt- roakustischen or opto-acoustic transducers 12, which are preferably arranged at the same distance from each other along a straight line.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf derartige Linearantennen beschränkt. Bei alternativen Ausführungsbeispielen kommen andere Empfangsantennen, wie beispielsweise Zylinderbasen zur Anwendung. However, the invention is not limited to such linear antennas. In alternative embodiments, other receive antennas, such as cylindrical bases, are used.
Eine von einem Ziel oder Objekt abgestrahlte Schallwellenfront erreicht die Wandler 12 der Empfangsantenne 10 und erzeugt an deren Ausgang jeweils ein entsprechendes Empfangssignal 14. Die Empfangssignale 14 werden dem Richtungsbildner 16 übergeben, um hier in bekannter Weise zeitverzögert und konphas zu Gruppensignalen jeweils einer Richtcharakteristik verarbeitet zu werden. Alle Richtcharakteristiken weisen eine Hauptkeule in Hauptempfangsrichtung sowie potentielle Nebenkeulen - auch Nebenzipfel genannt - auf. Da diese Nebenkeulen unerwünscht sind und durch eine Amplitudenstaffelung der zeitverzögerten Empfangssignale, dem sog. Shading, reduziert werden, werden diese im weiteren Verlauf der Beschreibung nicht weiter berücksichtigt. A sound wavefront radiated from a target or object reaches the transducers 12 of the receiving antenna 10 and generates at the output thereof a corresponding received signal 14. The received signals 14 are transferred to the direction generator 16, here processed in a known manner time-delayed and concave group signals in each case a directional characteristic become. All directional characteristics have a main lobe in the main receiving direction and potential side lobes - also called sidelobes - on. Since these side lobes are undesirable and are reduced by an amplitude graduation of the time-delayed received signals, the so-called shading, these are not considered further in the further course of the description.
Für mehrere Richtcharakteristiken, deren jeweilige vorgebbare Hauptempfangsrichtungen gegenüber einer Bezugsrichtung 18 geschwenkt sind, werden die Empfangssignale 14 der Wandler 12 in Abhängigkeit von einem Empfangswinkel & verzögert. Als Bezugsrichtung 18 wird üblicherweise die Horizontalrichtung rechtwinklig zur Antenne - auch als Querabrichtung bezeichnet - gewählt. Im beschriebenen Ausführungsbeispiel erzeugt der Richtungsbildner 16 für eine angenommene Signalrichtung 20 der empfangenen Schallwellenfront drei versetzte, sich überlappende Richtcharakteristiken in einer speziellen, bevorzugten Anordnung. Diese spezielle Anordnung wird im Einzelnen anhand der Darstellung in Fig. 2 näher erläutert. For a plurality of directional characteristics whose respective presettable main receiving directions are pivoted with respect to a reference direction 18, the received signals 14 of the transducers 12 are delayed as a function of a receiving angle &. The reference direction 18 is usually the horizontal direction at right angles to the antenna - also referred to as Querabrichtung - selected. In the described embodiment, the direction generator 16 for an assumed signal direction 20 of the received acoustic wavefront generates three offset, overlapping directional characteristics in a specific, preferred arrangement. This special arrangement will be explained in more detail with reference to the illustration in FIG. 2.
Fig. 2 zeigt ein horizontales, kartesisches Richtdiagramm dreier speziell angeordneter Richtcharakteristiken. Dabei wird auf einer horizontalen Achse 22 der Empfangswinkel & in Grad aufgetragen und auf einer vertikalen Achse 24 die normierte Antennenausgangsspannung U/Uo in Volt. Dargestellt sind die drei Hauptkeulen 26, 28 der jeweiligen Richtcharakteristiken. Die zugehörigen Nebenkeulen werden, wie oben erwähnt, vernachlässigt. Fig. 2 shows a horizontal Cartesian directional diagram of three specially arranged directional characteristics. In this case, the reception angle & is plotted in degrees on a horizontal axis 22 and the normalized antenna output voltage U / Uo in volts on a vertical axis 24. Shown are the three main lobes 26, 28 of the respective directional characteristics. The associated side lobes are, as mentioned above, neglected.
Die Richtcharakteristiken werden mittels des Richtungsbildners 16 unter Verwendung entsprechender Zeitverzögerungskoeffizienten derart ausgebildet, dass eine Hauptkeule 28 einer zentralen Richtcharakteristik entsteht, welche von beiden Seiten durch Hauptkeulen 26 benachbarter Richtcharakteristiken überlappt wird. Wesentlich dabei ist, dass bei dieser gedachten Darstellungsform des Richtdiagramms sich die Hauptkeulen 26 auf Höhe des Empfangswinkels 3Z berühren oder schneiden, bei dem die Hauptkeule 28 der zentralen Richtcharakteristik ihr Maximum 30 aufweist. The directional characteristics are formed by means of the direction generator 16 using appropriate time delay coefficients such that a main lobe 28 of central directivity is formed which is overlapped from both sides by main lobes 26 of adjacent directivity characteristics. It is essential that in this imaginary representation of the directional diagram, the main lobes 26 touch or intersect at the level of the receiving angle 3 Z , in which the main lobe 28 of the central directional characteristic has its maximum 30.
Diese derart angeordneten Richtcharakteristiken werden gemäß Fig. 1 genutzt zum Bilden von richtungsabhängigen Amplitudenfunktionen. Dazu werden die Richtcharakteristiken vom Richtungsbildner 16 einer Messeinrichtung 34 übergeben. Es erfolgt eine Amplitudenmessung durch Abtastung der Richtungen in vorbestimmten, kleinen Winkelschritten von beispielsweise 0,1 Grad über einen vorbestimmten Richtungsbereich um eine angenommene Signalrichtung herum. Dieser Vorgang wird im Einzelnen anhand der Darstellungen in Fig. 3 A-C näher erläutert. These directional characteristics arranged in this way are used according to FIG. 1 to form direction-dependent amplitude functions. For this purpose, the directional characteristics are transferred from the direction generator 16 to a measuring device 34. There is an amplitude measurement by scanning the directions in predetermined, small angular increments of, for example, 0.1 degrees over a predetermined directional range around an assumed signal direction around. This process will be explained in more detail with reference to the illustrations in Fig. 3 A-C.
Fig. 3 A-C zeigen graphisch die Bildung der richtungsabhängigen Amplitudenfunktionen. Fig. 3 A und Fig. 3 B sind von dem Richtdiagramm aus Fig. 2 abgeleitet. Es werden in gleicher Weise auf einer horizontalen Achse 22 der Empfangswinkel & in Grad aufgetra- gen und auf einer vertikalen Achse 24 die normierte Antennenausgangsspannung U/U0 in Volt. Dargestellt sind ferner die Hauptkeulen 26, 28 der zuvor bestimmten Richtcharakteristiken. Fig. 3 AC graphically illustrates the formation of the directional amplitude functions. FIGS. 3A and 3B are derived from the directional diagram of FIG. The reception angle & in degrees are plotted in the same way on a horizontal axis 22. gene and on a vertical axis 24, the normalized antenna output voltage U / U 0 in volts. Shown are also the main lobes 26, 28 of the previously determined directional characteristics.
Fig. 3 A und Fig. 3 B verdeutlichen die Abtastung der Richtung um eine angenommene Signalrichtung 20. Der zu interessierende Richtungsbereich 36 bzw. Winkelbereich liegt beidseitig von der angenommenen Signalrichtung 20 und umfasst vorzugsweise eine Ausdehnung entsprechend einer doppelten Hauptkeulenbreite. Dieser vorbestimmte Richtungsbereich 36 wird sequentiell mittels der Hauptkeulen 26, 28 der Richtcharakteristiken in kleinen Winkelschritten abgetastet. Das Ergebnis dieser Abtastung sind drei gemessene, richtungsabhängige Amplitudenfunktionen FA, FB, FC, welche in Fig. 3 C dargestellt sind. FIGS. 3A and 3B illustrate the scanning of the direction about an assumed signal direction 20. The direction range 36 or angle range to be interested lies on both sides of the assumed signal direction 20 and preferably comprises an extension corresponding to a double main lobe width. This predetermined directional range 36 is scanned sequentially by means of the main lobes 26, 28 of the directional characteristics in small angular steps. The result of this sampling are three measured, directional amplitude functions FA, FB, FC, which are shown in Fig. 3C.
Wie unter Fig. 3 A und Fig. 3 B, werden in Fig. 3 C auf der horizontalen Achse 38 der Empfangswinkel & in Grad aufgetragen. Die vertikale Achse 40 gibt die gemessene Amplitude in Volt an. As in FIGS. 3A and 3B, in FIG. 3C the reception angle & in degrees is plotted on the horizontal axis 38. The vertical axis 40 indicates the measured amplitude in volts.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine derartige sequentielle Bildung der richtungsabhängigen Amplitudenfunktionen FA, FB, FC beschränkt. Alternative Verfahren zur Bildung der richtungsabhängigen Amplitudenfunktionen FA, FB, FC sind denkbar. So ist es bspw. möglich, die richtungsabhängigen Amplitudenfunktionen FA, FB, FC mittels gleichzeitiger Richtungsbildung der Richtcharakteristiken mit vorbestimmten, gleich bleibenden Winkelabstand über einen vorbestimmten Richtungsbereich 36 zu erzeugen. However, the invention is not limited to such a sequential formation of the directional amplitude functions FA, FB, FC. Alternative methods for forming the direction-dependent amplitude functions FA, FB, FC are conceivable. Thus, it is, for example, possible to generate the direction-dependent amplitude functions FA, FB, FC by means of simultaneous directional formation of the directional characteristics with a predetermined, constant angular distance over a predetermined directional range 36.
Die drei richtungsabhängigen Amplitudenfunktionen FA, FB, FC sind derart angeordnet, dass das Maximum der zentralen Amplitudenfunktion FB und die angenommene Signalrichtung 20 auf dem gleichen Winkel liegen. Sie werden gemäß Fig. 1 einer Berechnungseinheit 42 übergeben zum Bestimmen einer Summenfunktion FS durch Addition der beiden richtungsabhängigen Amplitudenfunktionen FA und FC. Diese Summenfunktion FS wird wiederum einem Differenzialglied 44 zum Bestimmen der zweiten Ableitung übergeben. Diese Differentiation wird im Einzelnen anhand der Darstellungen in Fig. 4 A- B und Fig. 5 näher erläutert. Fig. 4 A zeigt eine graphische Darstellung der Summenfunktion FS und Fig. 4 B sowohl deren erste Ableitung 48 als auch deren zweite Ableitung 50. Auf den horizontalen Achsen 38 werden jeweils die Empfangswinkel & in Grad aufgetragen und auf den vertikalen Achsen 40 die Amplituden in Volt. Da die Summenfunktion FS eine Funktion der Amplitude über dem Empfangswinkel & ist, sind deren Ableitungen 48, 50 Ableitungen des Winkels & bzw. des Ortes. Mittels der Ableitung 48 der Summenfunktion FS wird an der Stelle & der Anstieg der Tangente an die Summenfunktion FS bestimmt und kann daher als Änderungsrate der Summenfunktion FS an dieser Stelle interpretiert werden. Die zweite Ableitung 50 der Summenfunktion FS beschreibt die Veränderung derjenigen Größe, die durch die erste Ableitung 48 bestimmt wird. Somit gibt die zweite Ableitung 50 Aufschluss über das Krümmungsverhalten der Summenfunktion FS. The three direction-dependent amplitude functions FA, FB, FC are arranged such that the maximum of the central amplitude function FB and the assumed signal direction 20 are at the same angle. According to FIG. 1, they are transferred to a calculation unit 42 for determining a sum function FS by adding the two direction-dependent amplitude functions FA and FC. This sum function FS is in turn passed to a differential element 44 for determining the second derivative. This differentiation is explained in more detail with reference to the illustrations in Fig. 4 A-B and Fig. 5. 4 A shows a graphical representation of the sum function FS and FIG. 4 B shows both its first derivative 48 and its second derivative 50. The horizontal axes 38 are respectively plotted with the reception angles & in degrees and the vertical axes 40 with the amplitudes in Volt. Since the sum function FS is a function of the amplitude over the reception angle &, its derivatives 48, 50 are derivatives of the angle bzw. and the location, respectively. By means of the derivative 48 of the summation function FS, the rise of the tangent to the summation function FS is determined at the location &, and can therefore be interpreted as the rate of change of the summation function FS at this point. The second derivative 50 of the summation function FS describes the change in that quantity which is determined by the first derivative 48. Thus, the second derivative 50 provides information about the curvature behavior of the sum function FS.
Durch die spezielle bevorzugte Anordnung der Richtcharakteristiken sind die daraus resultierenden richtungsabhängigen Amplitudenfunktionen FA, FB, FC derart angeordnet, dass die zentrale Amplitudenfunktion FB ihr Maximum auf Höhe der angenommenen Signalrichtung 20 aufweist und folglich die Summenfunktion FS an dieser Stelle ein Minimum besitzt. Durch zweimaliges Differenzieren der Summenfunktion FS erhält die zweite Ableitung 50 der Summenfunktion FS ein lokales Maximum in der angenommenen Signalrichtung 20. Due to the special preferred arrangement of the directional characteristics of the resulting direction-dependent amplitude functions FA, FB, FC are arranged such that the central amplitude function FB has its maximum at the level of the assumed signal direction 20 and consequently the sum function FS has a minimum at this point. By differentiating the sum function FS twice, the second derivative 50 of the summation function FS receives a local maximum in the assumed signal direction 20.
Fig. 5 entspricht im Wesentlichen Fig. 4, wobei es sich hier um eine graphische Darstellung von realen Messwerten eines Ausführungsbeispiels in einem Richtdiagramm handelt. FIG. 5 substantially corresponds to FIG. 4, which is a graphical representation of real measured values of an exemplary embodiment in a directional diagram.
Auf einer horizontalen Achse 52 ist der Empfangswinkel & in Grad aufgetragen mit der angenommenen Signalrichtung 20 bei 0 ° Grad. Auf der vertikalen Achse 54 ist die Amplitude in Volt aufgetragen. Erkennbar sind neben den drei strichpunktiert dargestellten richtungsabhängigen Amplitudenfunktionen FA, FB, FC auch die Summenfunktion FS als eine gestrichelte Linie. Die zweite Ableitung 50 der Summenfunktion FS ist als eine durchgezogene Linie im Richtdiagramm dargestellt. Es sind fünfzehn lokale Maxima 56 der zweiten Ableitung 50 erkennbar. Die Winkelwerte & der lokalen Maxima 56 entsprechen den eventuellen, potentiellen Signalrichtungen der empfangenen Schallwellen. Mittels der zentralen Amplitudenfunktion FB wird zunächst überprüft, ob bei diesen eventuellen, potentiellen Signalrichtungen eine nennenswerte Signalamplitude der einfallenden Schallwellen vorliegt. Sofern die Signale der eventuellen, potentiellen Signalrichtungen eine hinreichende Signalamplitude aufweisen, werden diese bspw. als i potentielle Signalrichtungen z, gespeichert und gemäß Fig. 1 einer weiteren Berechnungseinheit 58 übergeben. On a horizontal axis 52, the reception angle & is plotted in degrees with the assumed signal direction 20 at 0 degrees. On the vertical axis 54, the amplitude is plotted in volts. In addition to the three directionally-dependent amplitude functions FA, FB, FC shown in dot-dash lines, the sum function FS can also be recognized as a dashed line. The second derivative 50 of the summation function FS is shown as a solid line in the directional diagram. There are fifteen local maxima 56 of the second derivative 50 recognizable. The angle values & the local maxima 56 correspond to the possible, potential signal directions of the received sound waves. By means of the central amplitude function FB is first checked whether there is a significant signal amplitude of the incident sound waves in these potential, potential signal directions. If the signals of the possible, potential signal directions have a sufficient signal amplitude, these are stored, for example, as i potential signal directions z, and transferred to another calculation unit 58 according to FIG.
Diese weitere Berechnungseinheit 58 aus Fig. 1 ermittelt für jede potentielle Signalrichtung z, eine Amplitudenfunktion Z,. Dazu wird die zentrale Richtcharakteristik des Richtungsbildners 16 herangezogen. Zunächst wird für jede potentielle Signalrichtung z, die Amplitudenfunktion Z, über den Richtungsbereich 36 für die zentrale Richtcharakteristik berechnet unter der Annahme, dass eine Schallwellenfront aus dieser Richtung kommen würde. Anschließend werden diese Amplitudenfunktionen Z, auf einen Maximalwert bspw. 1 normiert. Die derart ermittelten Amplitudenfunktionen Zi , Z2, Z, werden einer Analyseeinheit 60 übergeben, um daraus die tatsächlichen Signalrichtungen zu ermitteln. Ferner erhält diese Analyseeinheit 60 die zentrale richtungsabhängige Amplitudenfunktion FB der Messeinrichtung 34. This further calculation unit 58 from FIG. 1 determines an amplitude function Z, for each potential signal direction z. For this purpose, the central directional characteristic of the direction generator 16 is used. First, for each potential signal direction z, the amplitude function Z, is calculated via the central directional characteristic direction region 36 on the assumption that an acoustic wave front would come from this direction. Subsequently, these amplitude functions Z are normalized to a maximum value, for example 1. The thus determined amplitude functions Zi, Z 2 , Z, are passed to an analysis unit 60 in order to determine the actual signal directions therefrom. Furthermore, this analysis unit 60 receives the central direction-dependent amplitude function FB of the measuring device 34.
Die Analyseeinheit 60 ermittelt mittels eines statistischen Analyseverfahrens die Abhängigkeit einer Zielgröße von einer oder mehreren Ausgangsgrößen . I n diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird als statistisches Analyseverfahren die multiple lineare Regression herangezogen . Die Verwendung weiterer alternativer Analyseverfahren ist jedoch denkbar. The analysis unit 60 determines the dependence of a target variable on one or more output variables by means of a statistical analysis method. In this exemplary embodiment of the invention, the multiple linear regression is used as the statistical analysis method. However, the use of further alternative analysis methods is conceivable.
Die multiple lineare Regression ermöglicht die Erfassung eines Einflusses mehrerer erklärender Größen auf eine Zielgröße. Hier werden die Abhängigkeiten zwischen den potentiellen Signalrichtungen z, und der zentralen richtungsabhängigen Amplitudenfunktion FB ermittelt. The multiple linear regression allows the detection of an influence of several explanatory quantities on a target size. Here, the dependencies between the potential signal directions z, and the central direction-dependent amplitude function FB are determined.
Fig. 6 zeigt das Ergebnis der multiplen linearen Regression. Für jede potentielle Signalrichtung z, ist die berechnete Amplitude Z, dargestellt, welche den jeweiligen Anteil dieser Einzelrichtung z, an der gemessenen richtungsabhängigen Amplitudenfunktion FB bildlich darstellt. Dabei wird auf der horizontalen Achse 62 der Empfangswinkel 3 in Grad aufgetragen und auf der vertikalen Achse 64 die Amplitude in Volt. Die beispielhaft dargestellten Amplituden 7.^, Z2, Z15 der potentiellen Signalrichtungen z-i, z2, z15 entsprechen dabei den zuvor ermittelten lokalen Maxima 56 aus Fig. 5. Fig. 6 shows the result of the multiple linear regression. For each potential signal direction z, the calculated amplitude Z, which represents the respective component of this individual direction z, is depicted on the measured direction-dependent amplitude function FB represents. In this case, the receiving angle 3 is plotted in degrees on the horizontal axis 62 and the amplitude in volts on the vertical axis 64. The exemplified amplitudes 7. ^, Z 2 , Z 15 of the potential signal directions zi, z 2 , z 15 correspond to the previously determined local maxima 56 from FIG. 5.
Diejenigen Signalrichtungen z,, deren Amplitude Z, sehr gering ist, werden als Zielrichtung verworfen. Lediglich die Signalrichtungen z,, die eine hinreichende Amplitude Z, aufweisen, entsprechen den tatsächlichen Signalrichtungen. Those signal directions z ,, whose amplitude Z, is very small, are discarded as the target direction. Only the signal directions z ,, which have a sufficient amplitude Z, correspond to the actual signal directions.
In diesem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 entsprechen die potentiellen Signalrichtungen z6, z7, z8, z9 und z-io den tatsächlichen Signalrichtungen. Die Ergebnisse der multiplen linearen Regression sind somit sowohl die tatsächlichen Signalrichtungen als auch die dazugehörigen Signalstärken der schallabstrahlenden Ziele oder Objekte. Dabei können diese derart dicht benachbart sein, dass deren abgestrahlten Geräusche oder Schallwellen richtungsmäßig innerhalb der Hauptkeule einer Richtcharakteristik liegen und gleichzeitig empfangen werden. Kommen die Signale der schallabstrahlenden Ziele jedoch aus einem Richtungs-Kontinuum, ist eine Anwendung des Verfahrens nicht möglich. In this embodiment according to FIG. 6, the potential signal directions z 6 , z 7 , z 8 , z 9 and z correspond to the actual signal directions. The results of the multiple linear regression are thus both the actual signal directions and the associated signal strengths of the sound-emitting targets or objects. They may be so close to each other that their radiated noise or sound waves are directionally within the main lobe of a directional characteristic and are received simultaneously. However, if the signals of the sound-emitting targets come from a directional continuum, an application of the method is not possible.
In Fig. 6 ist ferner ein Gleichanteil 66 bzw. ein Offset dargestellt, welcher ebenfalls aus der multiplen linearen Regression resultiert. Dieser evtl. vorhandene Gleichanteil entsteht beispielsweise durch Rauschanteile in den Signalen. FIG. 6 also shows a DC component 66 or an offset, which likewise results from the multiple linear regression. This possibly existing DC component is produced, for example, by noise components in the signals.
Des Weiteren liefert die multiple lineare Regression eine Standardabweichung als Maß für die Güte der Übereinstimmung. Furthermore, the multiple linear regression provides a standard deviation as a measure of the goodness of the match.
Bei einer Verfahrensvariante wird das erfindungsgemäße Verfahren in kurzen Zeitabständen angewandt. Dadurch entsteht eine im Wesentlichen kontinuierliche Anwendung, welche eine statistische Auswertung bezüglich der Eindeutigkeit der Messergebnisse liefert. Ferner ist durch die im Wesentlichen kontinuierliche Anwendung des Verfahrens eine dynamische Erkennung von Richtungsänderungen der schallabstrahlenden Ziele möglich. Alle in der vorgenannten Figurenbeschreibung, in den Ansprüchen und in der Beschreibungseinleitung genannte Merkmale sind sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander einsetzbar. Die Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen bzw. beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt. Vielmehr sind alle Merkmalskombina- tionen als offenbart zu betrachten. In a variant of the method of the invention, the method according to the invention is applied at short intervals. This results in a substantially continuous application, which provides a statistical evaluation regarding the uniqueness of the measurement results. Furthermore, by the substantially continuous application of the method, a dynamic detection of changes in direction of the sound-emitting targets is possible. All mentioned in the above description of the figures, in the claims and in the introduction of the description are used individually as well as in any combination with each other. The invention is thus not limited to the described or claimed feature combinations. Rather, all feature combinations are to be regarded as revealed.

Claims

Ansprüche Verfahren zum Peilen von schallabstrahlenden Zielen mittels einer Empfangsantenne (10) mit einer Vielzahl elektroakustischer oder optoakustischer Wandler (12) zum Empfangen von sich im Wasser ausbreitenden Schallwellen und Erzeugen von elektrischen Empfangssignalen (14), wobei zum Bilden konphaser Empfangssignale Zeitverzögerungskoeffizienten auf die Empfangssignale (14) angewandt werden und die konphasen Empfangssignale (14) zu Gruppensignalen addiert werden, die einem Richtungsbildner (16) zum Bilden von wenigstens drei gegeneinander versetzten Richtcharakteristiken zugeführt werden, wobei die Zeitverzögerungskoeffizienten zur Erzeugung der Richtcharakteristiken derart gewählt werden, dass eine zentrale Richtcharakteristik mit einer Hauptkeule (28) erzeugt wird, die, bei einer gedachten Darstellung der Richtcharakteristiken in einem horizontalen kartesischen Richtdiagramm (Fig.2), in dem die Antennenausgangsspannung (U/U0) über den Empfangswinkel (3 ) der Schallwellen aufgetragen ist, von beiden Seiten durch die Hauptkeulen (26) benachbarter Richtcharakteristiken überlappt wird, und zwar derart, dass sich diese beiden Hauptkeulen (26) auf Höhe desjenigen Empfangswinkels (i9z ) berühren oder schneiden , an dem die Hauptkeule (28) der zentralenA method of aiming sound-emitting targets by means of a receiving antenna (10) having a plurality of electro-acoustic or optoacoustic transducers (12) for receiving water-propagating sound waves and generating electrical reception signals (14), the time-delay coefficients being applied to the received signals to form conphasic reception signals (14). 14) are applied and the received receive signals (14) are added to group signals supplied to a direction generator (16) for forming at least three offset directional characteristics, the time delay coefficients for generating the directional characteristics being selected so as to provide a central directivity characteristic Main lobe (28) is generated, which, in an imaginary representation of the directional characteristics in a horizontal Cartesian radiation pattern (Figure 2), in which the antenna output voltage (U / U 0 ) on the receiving angle (3) of the sound wave is overlapped on both sides by the main lobes (26) of adjacent directivity characteristics, such that these two main lobes (26) touch or intersect at the level of the receiving angle (i9 z ) at which the main lobe (28) of FIG central
Richtcharakteristik ihr Maximum (30) aufweist, Directional characteristic has its maximum (30),
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
wenigstens drei richtungsabhängige Amplitudenfunktionen (FA, FB, FC) mittels der Hauptkeulen (26, 28) der erzeugten Richtcharakteristiken erzeugt werden und zwar in vorbestimmten, gleich bleibenden Winkelabständen über einen vorbestimmten Richtungsbereich (36), at least three direction-dependent amplitude functions (FA, FB, FC) are generated by means of the main lobes (26, 28) of the generated directional characteristics, namely at predetermined, constant angular intervals over a predetermined directional range (36),
eine Summenfunktion (FS) durch Addieren der beiden richtungsabhängigen Amplitudenfunktionen (FA, FC) bestimmt wird, die sich aus den beiden d ie zentrale Richtcharakteristik von beiden Seiten benachbarten Richtcharakteristiken ergeben, die Summenfunktion (FS) zum Bestimmen ihrer zweiten Ableitung (50) zweimal differenziert wird, wobei die zweite Ableitung (50) der Summenfunktion (FS) lokale Maxima (56) aufweist, die den potentiellen diskreten Signalrichtungen (z,) der empfangenen Schallwellen entsprechen und die tatsächlichen Signalrichtungen mit den zugehörigen Signalstärken aus den potentiellen Signalrichtungen (z,) mittels eines statistischen Analyseverfahrens zum Ermitteln von Abhängigkeiten zwischen den potentiellen Signalrichtungen (z,) und einer zentralen richtungsabhängigen Amplitudenfunktion, insbesondere der multiplen linearen Regression, bestimmt werden, deren Anteile an der zentralen richtungsabhängigen Amplitudenfunktion (FB) einen vorbestimmten Wert überschritten haben. a sum function (FS) is determined by adding the two directional amplitude functions (FA, FC) resulting from the two directivity characteristics of adjacent directivity characteristics two times differentiating the sum function (FS) to determine its second derivative (50) wherein the second derivative (50) of the summation function (FS) has local maxima (56) corresponding to the potential discrete signal directions (z,) of the received sound waves, and the actual signal directions with the associated signal strengths from the potential signal directions (z,) are determined by means of a statistical analysis method for determining dependencies between the potential signal directions (z,) and a central direction-dependent amplitude function, in particular the multiple linear regression, whose shares in the central direction-dependent amplitude function (FB) have exceeded a predetermined value.
Verfahren nach Anspruch 1 , Method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die richtungsabhängigen Amplitudenfunktionen (FA, FB, FC) erzeugt werden mittels Schwenken der Richtcharakteristiken über einen vorbestimmten Richtungsbereich (36) und Abtastung des Richtungsbereiches (36) in vorbestimmten, gleich bleibenden Winkelabständen. the directional amplitude functions (FA, FB, FC) are generated by pivoting the directional characteristics over a predetermined directional range (36) and scanning the directional range (36) at predetermined, equal angular intervals.
Verfahren nach Anspruch 1 , Method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die richtungsabhängigen Amplitudenfunktionen (FA, FB, FC) erzeugt werden mittels gleichzeitiger Richtungsbildung der Richtcharakteristiken mit vorbestimmtem, gleich bleibenden Winkelabstand über einen vorbestimmten Richtungsbereich (36). the direction-dependent amplitude functions (FA, FB, FC) are generated by means of simultaneous directional formation of the directional characteristics with a predetermined, constant angular distance over a predetermined directional range (36).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, Method according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
mittels des statistischen Analyseverfahrens, insbesondere der multiplen linearen Regression, ein Gleichanteil berechnet wird und/oder ein Maß für eine Güte der Messergebnisse geliefert wird. By means of the statistical analysis method, in particular the multiple linear regression, a DC component is calculated and / or a measure of a quality of the measurement results is supplied.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, Method according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
durch mehrmaliges Wiederholen des Verfahrens eine im Wesentlichen kontinuierliche Anwendung erzeugt wird, welche eine statistische Auswertung bezüglich der Eindeutigkeit der Messergebnisse ermöglicht und/oder eine dynamische Erkennung von Richtungsänderungen der schallabstrahlenden Ziele ermöglicht. by repeated repetition of the method, a substantially continuous application is generated, which allows a statistical evaluation with respect to the uniqueness of the measurement results and / or allows dynamic detection of changes in direction of the sound-emitting targets.
6. Vorrichtung zur Peilung von schallabstrahlenden Zielen mittels einer Empfangsantenne (10) mit einer Vielzahl elektroakustischer oder optoakustischer Wandler (12) zum Empfangen von sich im Wasser ausbreitenden Schallwellen und Erzeugen von elektrischen Empfangssignalen (14), wobei zur Bildung konphaser Empfangssignale (14) Zeitverzögerungskoeffizienten auf die Empfangssignale (14) anwendbar sind und die konphasen Empfangssignale (14) zu Gruppensignalen addierbar sind, die einem Richtungsbildner (16) zur Bildung von wenigstens drei gegeneinander versetzten Richtcharakteristiken zuführbar sind, wobei die Zeitverzögerungskoeffizienten zur Erzeugung der Richtcharakteristiken derart wählbar sind, dass eine zentrale Richtcharakteristik mit einer Hauptkeule (28) erzeugbar ist, die, bei einer gedachten Darstellung der Richtcharakteristiken in einem horizontalen, kartesischen Richtdiagramm (Fig. 2), in dem die Antennenausgangsspannung (U/U0) ü ber den Empfangswinkel (3 ) der Schallwellen aufgetragen ist, von beiden Seiten durch d ie Hauptkeulen (26) benachbarter Richtcharakteristiken überlappbar ist, und zwar derart, dass sich diese beiden Hauptkeulen (26) auf Höhe desjenigen Empfangswinkels (i9z ) berühren oder schneiden, an dem die Hauptkeule (28) der zentralen6. A device for bearing sound-emitting targets by means of a receiving antenna (10) having a plurality of electroacoustic or optoacoustic transducer (12) for receiving propagating in the water sound waves and generating electrical reception signals (14), wherein the formation of konphaser received signals (14) time delay coefficients are applicable to the received signals (14) and the received receive signals (14) can be added to group signals which can be supplied to a direction generator (16) for forming at least three offset directional characteristics, wherein the time delay coefficients for generating the directional characteristics are selectable such that a central directional characteristic with a main lobe (28) can be generated, which, in an imaginary representation of the directional characteristics in a horizontal Cartesian radiation pattern (Fig. 2), in which the antenna output voltage (U / U 0 ) via the receiving angle (3) of the sound wave is overlapped on both sides by the main lobes (26) of adjacent directional characteristics, in such a way that these two main lobes (26) at the level of that receiving angle (i9 z ) touch or cut, on which the main lobe (28) the central one
Richtcharakteristik ihr Maximum (30) aufweist, Directional characteristic has its maximum (30),
gekennzeichnet durch  marked by
eine Messeinrichtung (34), mittels der wenigstens drei richtungsabhängigen Amplitudenfunktionen (FA, FB, FC) mittels der Hauptkeulen (26, 28) der drei Richtcharakteristiken erzeugbar sind und zwar in vorbestimmten, gleich bleibenden Winkelabständen über einen vorbestimmten Richtungsbereich (36),  a measuring device (34), by means of which at least three direction-dependent amplitude functions (FA, FB, FC) can be generated by means of the main lobes (26, 28) of the three directional characteristics, namely at predetermined, constant angular intervals over a predetermined directional range (36),
eine Berechnungseinheit (42), mittels der eine Summenfunktion (FS) mittels einer Addition der beiden richtungsabhängigen Amplitudenfunktionen (FA, FC) bestimmbar ist, welche sich aus den beiden die zentrale Richtcharakteristik von beiden Seiten benachbarten Richtcharakteristiken ergeben,  a calculation unit (42), by means of which a sum function (FS) can be determined by means of an addition of the two direction-dependent amplitude functions (FA, FC) which result from the two directivity characteristics adjacent to the central directional characteristic from both sides,
wobei die Summenfunktion (FS) zur Bestimmung ihrer zweiten Ableitung (50) mittels eines Differentialgliedes (44) zweimal differenzierbar ist und die zweite Ableitung (50) der Summenfunktion (FS) lokale Maxima (56) aufweist, die den potentiellen, diskreten Signalrichtungen (z,) der empfangenen Schallwellen entsprechen, und eine Analyseeinheit (60) zur Ermittelung von Abhängigkeiten zwischen den potentiellen Signalrichtungen (z,) und einer zentralen richtungsabhängigen Amplitudenfunktion, die derart ausgebildet ist, um aus den potentiellen Signalrichtungen (z,) tatsächliche Signalrichtung zu mit den zugehörigen Signalstärken zu bestimmen, deren Anteile an der zentralen richtungsabhängigen Amplitudenfunktion (FB) einen vorbestimmten Wert überschreiten. wherein the sum function (FS) for determining its second derivative (50) by means of a differential element (44) is twice differentiable and the second derivative (50) of the summation function (FS) local maxima (56), the potential discrete signal directions (z ,) correspond to the received sound waves, and an analysis unit (60) for determining dependencies between the potential signal directions (z,) and a central direction-dependent amplitude function, which is designed to determine from the potential signal directions (z,) actual signal direction to the associated signal strengths, their shares the central directional amplitude function (FB) exceed a predetermined value.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, 7. Apparatus according to claim 6,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die richtungsabhängigen Amplitudenfunktionen (FA, FB, FC) mittels Schwenken der Richtcharakteristiken über einen vorbestimmten Richtungsbereich (36) und Abtastung des Richtungsbereiches (36) mit vorbestimmten, gleich bleibenden Winkelabständen erzeugbar sind.  the direction-dependent amplitude functions (FA, FB, FC) can be generated by pivoting the directional characteristics over a predetermined directional range (36) and scanning the directional range (36) at predetermined, constant angular intervals.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, 8. Apparatus according to claim 6,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die richtungsabhängigen Amplitudenfunktionen (FA, FB, FC) durch gleichzeitiges Richtungsbilden der Richtcharakteristiken mit vorbestimmtem, gleich bleibenden Winkelabstand über einen vorbestimmten Richtungsbereich (36) erzeugbar sind.  the direction-dependent amplitude functions (FA, FB, FC) can be generated by simultaneously forming the directional characteristics at a predetermined, constant angular distance over a predetermined directional range (36).
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, 9. Device according to one of claims 6 to 8,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Analyseeinheit (60), insbesondere die multiple lineare Regression, einen Gleichanteil berechnet und/oder ein Maß für eine Güte der Messergebnisse liefert.  the analysis unit (60), in particular the multiple linear regression, calculates a DC component and / or provides a measure of the quality of the measurement results.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, 10. Device according to one of claims 6 to 9,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
durch mehrmaliges Wiederholen des Verfahrens eine im Wesentlichen kontinuierliche Anwendung erzeugbar ist, welche eine statistische Auswertung bezüglich der Eindeutigkeit der Messergebnisse ermöglicht und/oder eine Erkennung dynamischer Richtungsänderungen der schallabstrahlenden Ziele ermöglicht.  by repeated repetition of the method, a substantially continuous application can be generated, which allows a statistical evaluation with respect to the uniqueness of the measurement results and / or allows detection of dynamic changes in direction of the sound-emitting targets.
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